发布时间 : 星期三 文章(全国通用)2015届高三物理复习能力提升__第4章_第4课时_万有引力与航天更新完毕开始阅读e82634c9fe00bed5b9f3f90f76c66137ef064f81
2．卫星的各物理量随轨道半径变化的规律
3．极地卫星和近地卫星
(1)极地卫星运行时每圈都经过南北两极，由于地球自转，极地卫星可以实现全球覆盖．
(2)近地卫星是在地球表面附近环绕地球做匀速圆周运动的卫星，其运行的轨道半径可近似认为等于地球的半径，其运行线速度约为7.9 km/s. (3)两种卫星的轨道平面一定通过地球的球心．
深化拓展 (1)卫星的a、v、ω、T是相互联系的，如果一个量发生变化，其它量也随之发生变化；这些量与卫星的质量无关，它们由轨道半径和中心天体的质量共同决定．
(2)卫星的能量与轨道半径的关系：同一颗卫星，轨道半径越大，动能越小，势能越大，机械能越大． 例2 (2011·天津·8)质量为m的探月航天器在接近月球表面的轨道上飞行，其运动视为匀速圆周运动．已知月球质量为M，月球半径为R，月球表面重力加速度为g，引力常量为G，不考虑月球自转的影响，则航天器的
( )
A．线速度v＝ GM RB．角速度ω＝gR
D．向心加速度a＝2 C．运行周期T＝2π R g
GmR2
GMmv24π2
解析 由2＝m＝mωR＝m2R＝mg＝ma得v＝
RRTGM，A对；ω＝g/R，B错；T＝2π RR，Cg对；a＝2，D错． 答案 AC
GMR 9
人造天体运行参量的分析与计算方法
分析与计算思路是将人造天体的运动看做绕中心天体做匀速圆周运动，它
Mmv2
受到的万有引力提供向心力，结合牛顿第二定律和圆周运动的规律建立动力学方程，G2＝ma＝m＝
rr4πrmωr＝m2，以及利用人造天体在中心天体表面运行时，忽略中心
2
2
T天体的自转的黄金代换公式GM＝gR.
突破训练2 如果把水星和金星绕太阳的运动视为匀速圆周 运动，从水星与金星在一条直线上开始计时，如图2所示． 若天文学家测得在相同时间内水星转过的角度为θ1；金星 转过的角度为θ2(θ1、θ2均为锐角)，则由此条件可求得( ) A．水星和金星绕太阳运动的周期之比 B．水星和金星的密度之比
图2
2
C．水星和金星到太阳的距离之比
D．水星和金星绕太阳运动的向心加速度大小之比 答案 ACD
Δθω1θ12πT1θ2GMm4πGMT3
解析 由ω＝知，＝，又因为ω＝，所以＝，A对；由2＝mr2知r＝2，既
Δtω2θ2TT2θ1rT4π然周期之比能求，则r之比同样可求，C对；由a＝rω知，向心加速度之比同样可求，D对；由于水星和金星的质量未知，故密度不可求，B错．
例3 (2011·广东·20)已知地球质量为M，半径为R，自转周期为T，地球同步卫星质量为m，引力常量为G.有关同步卫星，下列表述正确的是 3GMT2
A．卫星距地面的高度为 2
4πB．卫星的运行速度小于第一宇宙速度 C．卫星运行时受到的向心力大小为G2
D．卫星运行的向心加速度小于地球表面的重力加速度
解析 天体运动的基本原理为万有引力提供向心力，地球的引力使卫星绕地球做匀速圆周运动，即F引
( )
2
2
2
MmRv24π2mrGMm＝F向＝m＝.当卫星在地表运行时，F引＝2＝mg(此时R为地球半径)，设同步卫星离地面高度2
rTRGMm为h，则F引＝
R＋hGMm2＝F向＝ma向 R＋hmv2 得，v＝ 2＝ R＋hGM< R＋h 10 GMGMm，B正确．由RR＋h答案 BD 23GMT23GMT2 4πmR＋h，得R＋h＝ 2＝2，即h＝ 2－R，A错误． T24π4π 同步卫星的六个“一定” 突破训练3 北斗导航系统又被称为“双星定位系统”，具有 导航、定位等功能．“北斗”系统中两颗工作卫星1和2均 绕地心O做匀速圆周运动，轨道半径均为r，某时刻两颗工 作卫星分别位于轨道上的A、B两位置，如图3所示．若卫 星均顺时针运行，地球表面处的重力加速度为g，地球半径 为R，不计卫星间的相互作用力．以下判断正确的是( ) 图3 R2gA．两颗卫星的向心加速度大小相等，均为2 rB．两颗卫星所受的向心力大小一定相等 7πrC．卫星1由位置A运动到位置B所需的时间可能为 3RD．如果要使卫星1追上卫星2，一定要使卫星1加速 答案 AC 考点三 卫星变轨问题的分析 当卫星由于某种原因速度突然改变时(开启或关闭发动机或空气阻力作用)，万有引力不再等于向心力，卫星将变轨运行： r g 11 Mmv2 (1)当卫星的速度突然增加时，G2 rr的圆轨道，轨道半径变大，当卫星进入新的轨道稳定运行时由v＝ 小． GM可知其运行速度比原轨道时减rMmv2 (2)当卫星的速度突然减小时，G2>m，即万有引力大于所需要的向心力，卫星将做近心运动，脱离原 rr来的圆轨道，轨道半径变小，当卫星进入新的轨道稳定运行时由v＝ 增大． 卫星的发射和回收就是利用这一原理． 例4 北京航天飞行控制中心对“嫦娥二号”卫星实施多次变轨控制并 获得成功．首次变轨是在卫星运行到远地点时实施的，紧随其后进行 的3次变轨均在近地点实施．“嫦娥二号”卫星的首次变轨之所以 选择在远地点实施，是为了抬高卫星近地点的轨道高度．同样的道理， 图4 GM可知其运行速度比原轨道时r要抬高远地点的高度就需要在近地点实施变轨．图4为“嫦娥二号”某次在近地点A由轨道1变轨为轨道2的示意图，下列说法中正确的是 ( ) A．“嫦娥二号”在轨道1的A点处应点火加速 B．“嫦娥二号”在轨道1的A点处的速度比在轨道2的A点处的速度大 C．“嫦娥二号”在轨道1的A点处的加速度比在轨道2的A点处的加速度大 D．“嫦娥二号”在轨道1的B点处的机械能比在轨道2的C点处的机械能大 v2 解析 卫星要由轨道1变轨为轨道2需在A处做离心运动，应加速使其做圆周运动所需向心力m大于 r地球所能提供的万有引力GMmMm2，故A项正确，B项错误；由G2＝ma可知，卫星在不同轨道同一点处的rr加速度大小相等，C项错误；卫星由轨道1变轨到轨道2，反冲发动机的推力对卫星做正功，卫星的机械能增加，所以卫星在轨道1的B点处的机械能比在轨道2的C点处的机械能小，D项错误． 答案 A 处理卫星变轨问题的思路和方法 1．要增大卫星的轨道半径，必须加速； 2．当轨道半径增大时，卫星的机械能随之增大． 突破训练4 2011年9月29日，中国首个空间实验室“天宫一号” 在酒泉卫星发射中心发射升空，由长征运载火箭将飞船送入近地 12